نظریه آشوب احتمالا بتواند قانون مور را همچنان زنده نگه دارد

گوردون مور، از موسسان اینتل و مبدع قانون مشهور مور، عقیده داشت که تعداد ترانزیستورهای قرار گرفته روی یک مدار مجتمع، بعد از گذشت هر دو سال تقریباً دوبرابر خواهند شد و به تبع آن، قدرت پردازشی پردازنده‌ها نیز هر دو سال دوبرابر بیشتر می‌شود. پیش‌بینی مور از سال ۱۹۶۵ تا به حال همواره درست از آب درآمده است. گرچه قانون مور برای مدت زمان زیادی توانسته صحت خود را حفظ کند، اما هیچکس انتظار ندارد که این قانون تا ابد دوام بیاورد.

بالاخره زمانی فرا خواهد رسید که دیگر بحث توانایی مهندسی در ساخت ترانزیستورهای کوچک‌تر مطرح نباشد و در عوض این قوانین فیزیک باشند که به عنوان عامل محدود کننده نگذارند تعداد ترانزیستورهای روی تراشه‌ها را دو برابر کنیم. هر چه باشد، اندازه‌ی ترانزیستورها محدود به اندازه‌ی اتم‌ها هستند و برای حفظ روند قانون مور، تا چند سال دیگر باید ترانزیستورهایی با ابعاد کوچک‌تر از اتم‌ها ساخت که این کار غیر ممکن است.

حتی خود گوردون مور نیز انتظار ندارد قانونش تا ابد دوام بیاورد. او سال گذشته در پنجاهمین سالگرد قانون ابداعی خود گفت:

«یک روزی این روند باید متوقف شود. هیچ قانون تصاعدی (exponential) مانند قانون مور تا ابد دوام نخواهد آورد.»

اما به تازگی دانشمندان دانشگاه کارولینای شمالی نشان داده‌اند که برای ساختن چیپ‌های قوی‌تر، لازم نیست حتماً از ترانزیستورهای کوچک‌تر استفاده کنیم. در عوض، با استفاده از تئوری آشوب (chaos theory) می‌توان عملکرد چیپ را فراتر از توان سازندگانی چون اینتل افزایش داد. سیستم‌های دینامیکی در نظریه‌ی آشوب، به شدت به شرایط ابتدایی وابسته هستند. این شرایط می‌توانند در دراز مدت به اثرات جدیدی در سیستم منجر شوند. این فرآیند به «اثر پروانه‌ای» مشهور است.

هرچند این تکنیک هم نمی‌تواند مانع از پایان قانون مور از لحاظ «افزایش دوبرابری تعداد ترانزیستور بر روی چیپ در بازه‌های زمانی مشخص» شود، اما می‌تواند از لحاظ «دو برابر شدن توان پردازنده در بازه‌های زمانی مشخص» همچنان این قانون را زنده نگه دارد.

محقق ارشد این پروژه، بهنام کیا، توضیح می‌دهد که ما اکنون در آستانه‌ی رسیدن به محدودیت‌های فیزیکی در ساخت ترانزیستورهایی با ابعاد کوچکتر هستیم. اگر تا به حال یکی از کنفرانس‌های اینتل را تماشا کرده باشید، حتماً متوجه شده‌اید که رسیدن فرآیندهای ساخت جدید، نسبت به فرآیندهای ساخت پیشین بسیار سخت‌تر شده است. تولید چیپ با فرآیند ساخت ۱۴ نانومتری به قدری دشوار بود که اینتل چندین بار برنامه‌ خود برای معرفی چیپ‌های ۱۰ نانومتری را به تعویق انداخت. اما بهنام کیا و تیم تحقیقاتی‌اش عقیده دارند که توجه بیش از حد ما به کاهش اندازه‌ی ترانزیستورها باعث شده است تا از یک نکته‌ی کلیدی در رابطه با ساخت چیپ غافل بمانیم.

به جهان واقعی و تراشه‌ها که برگردیم، عبارات بالا یعنی در هر لحظه ترانزیستورهای زیادی بدون استفاده رها شده و ظرفیت زیادی از سیستم در حال هرز رفتن است. بهنام کیا درباره‌ی طراحی تراشه‌ی پیشنهادی خود اینگونه توضیح می‌دهد:

با استفاده از تئوری آشوب (غیر خطی بودن خود سیستم) می‌توان مدارهای ترانزیستوری را برای انجام وظایف متفاوت برنامه‌ریزی کرد. ۱۰۰ مدار غیر خطی مبتنی بر نظریه‌ی آشوب می‌توانند قدرت پردازشی برابر با ۱۰۰ هزار مدار معمولی ارائه دهند؛ یا به بیان دیگر، ۱۰۰ میلیون ترانزیستور با استفاده از این روش به اندازه‌ی ۳ میلیارد ترانزیستور برای شما کار خواهند کرد.

به مثال کارخانه‌ی خودمان که برگردیم، روش پیشنهادی کیا به این معنی است که کارخانه‌دار استخدام کارگرهای جدید را متوقف خواهد کرد و در عوض به نیروی کار فعلی خود یاد می‌دهد که چگونه معادلات مختلف را حل کنند. با این روش می‌توان کار بیشتری را با استفاده از همان تعداد کارگر (ترانزیستور) به انجام رساند. ظاهراً پیاده سازی این روش نیز چندان دشوار نخواهد بود.

تیم تحقیقاتی کیا در دانشگاه کارولینای شمالی توانسته‌اند مدارهای ترانزیستوری با توانایی انجام چندین وظیفه را به تولید برسانند. آن‌ها بر این باورند که این چیپ‌های قابل برنامه‌ریزی مجدد را می‌توان با استفاده از دقیقاً همان ابزاری که اینتل در حال حاضر در خطوط تولیدش از آن‌ها استفاده می‌کند، ساخت. اگر چنین چیزی عملی باشد، می‌توان به صورت موقت شاهد یک جهش عملکرد در پردازنده‌های فعلی باشیم و در عین حال منتظر بمانیم تا دانشمندان مواد جدیدی برای ساخت ترانزیستورهای ۵ نانومتری پیدا کنند.